В настоящей статье приводится обзор открытых решений на основе программно-определяемого радио. В данный момент существуют два основных открытых решения это Open Air Interface от Eurecom и решение srsLTE от компании Software Radio Systems. Оба решения покрывают все три области функциональности: UE, eNB и EPC.

Рассматриваемое в статье решение srsLTE позволяет получить eNB соответствующую стандарту 3GPP Release 10 и поддерживающую следующие характеристики:

• LTE с частотным разделеним DL/UL (FDD);
• Ширина канала: 1,4 3, 5, 10, 15 и 20 MHz;
• Режимы передачи: TM1 (SISO), TM2 ( Tx Div), TM3 и TM4 (MIMO);
• 150Mbps DL при использовании полосы 20 MHz + MIMO;
• 75Mbps DL при использовании полосы 20 MHz + SISO;
• 50Mbps UL при использовании полосы 20 MHz.

Со стороны пользовательского устройства поддерживаются следующие характеристики:

• LTE Release 10 с частичным покрытием возможностей Release 15;
• LTE с частотным и временным разделением (FDD/TDD);
• Ширина канала: 1,4 3, 5, 10, 15 и 20 MHz;
• Режимы передачи: TM1 (SISO), TM2 (Tx Div), TM3 и TM4 (MIMO).

Решение, предлагаемое в рамках srsLte позиционируется как решение с широким спектром используемого аппаратного обеспечения, однако, авторы указывают на необходимость использования процессора Intel Core i7 Gen 8 для достижения максимальных результатов по пропускной способности системы. Если проанализировать таблицу с сайта Intel с характеристиками процессоров i7 Gen 8, то путем усреднения можно вывести характеристики, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Усредненные характеристики процессоров

С другой стороны как требование к аппаратному обеспечению можно рассматривать наличие у процессора инструкций SSE 4.1 и AVX2. Несложный поиск на сайте Intel дает огромный список таких процессоров, из которых минимальными можно посчитать приведенные в таблице 2 [3].

Таблица 2

Процессоры, поддерживающие инструкции SSE 4.1 и AVX2

Ввиду отсутствия рекомендуемого аппаратного обеспечения в лаборатории, в ходе экспериментов использовался стенд с аппаратным обеспечением приведенном в таблице 3.

Таблица 3

Состав и характеристики используемого сервера

В качестве платформы программно определяемого радио использовалась плата Ettus Research B200.  Ввиду особенностей аппаратной реализации данного SDR была возможность проводить только тесты в режиме  TM1 SISO. В качестве коммерческого оборудования, используемого для сравнения полученных результатов, выступала базовая станция Nokia LTE Flexi Multiradio. Основные характеристики данной БС приведены в таблице 4.

Таблица 4

Состав и характеристики БС Nokia

Для подтверждения валидности собранной системы, было проведено тестирование самого программно-аппаратного комплекса для определения характеристик и максимальных возможностей стенда в существующей конфигурации. Основной акцент в тестировании делался на пропускную способность сети в различных конфигурациях оборудования.

В качестве первого теста было осуществлено подключение srsEnb и srsUE и была протестирована пропускная способность полученной системы. Ввиду выбора используемого операторами Band7, подключение радио осуществлялось посредством высокочастотного кабеля, для минимизации интерференции с имеющимися сетями. Проведенный эксперимент поставил ряд вопросов основной из которых на чьей стороне происходит задержка и по какой причине. Согласно имеющейся конфигурации, максимальная расчетная скорость должна составлять ~18 Mbps при использовании модуляции 64QAM. Согласно данным других исследователей при использовании srsLte в конфигурации с каналом 5MHz на практике была получена скорость 12.6 Mbps [1]. В качестве аппаратной платформы использовался компьютер с процессором Intel Core i7-4770 с базовой тактовой частотой 3.4GHz и поддержкой расширенных инструкций SSE 4.1 и AVX2

Вторым экспериментом было использование srsUE с коммерческой БС с целью определить место проблемы, eNB или UE. В качестве БС выступала система Nokia Flexi Multiradio 10. Целью эксперимента была проверка максимальной скорости, которую могла обеспечить srsUE на имеющемся аппаратном обеспечении. В результате эксперимента было выявлено что максимальная скорость в направлении вниз была 25 Mbps при расчетных 75 Mbps что составило 30% в отличие от 18% в первом эксперименте. Аналогичный эксперимент проводился [2] и были получены сопоставимые результаты.

Таким образом видно, что основная задержка была со стороны srsENB и для закрепления данного результата был подготовлен третий эксперимент с использованием srsENB и коммерческой UE на чипсете Qualcomm.

Результаты экспериментов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Результаты экспериментов

Проведенный эксперимент однозначно показал, что проблема с передачей трафика однозначно находится на стороне srsENB в текущих экспериментах.

Анализируя полученные результаты прежде всего надо обратить внимание на то, что аппаратная составляющая эксперимента была ниже рекомендуемых параметров. Прежде всего это касается отсутствия в процессоре инструкций SSE 4.1 и AVX2. По информации от разработчиков именно использование этих расширенных инструкций обеспечивает возможность обработки трафика со скоростями близкими к 100 Mbps. Использование стандартных вычислительных функций позволяет работать со скоростями ~25 Mbps что и было подтверждено во втором эксперименте.

Для того чтобы понять почему srsENB в данном эксперименте не позволила развить скорости близкие хотя бы к 25 Mbps доступные без использования расширенного набора инструкций Intel следует обратить внимание на количество ядер процессора. У используемого процессора 2 физических ядра и 4 логических. У рекомендованных к использованию процессоров количество физических ядер 6. В ходе эксперимента неоднократно наблюдалась нагрузка ~100% на имеющиеся ядра что говорит о межпотоковой конкуренции с одной стороны и недостаточной производительности системы с другой. Отчасти проблема может быть решена использованием процессора с большим кол-вом ядер, например процессор Intel® Xeon® X3440 с 4-мя физическими ядрами.

Несмотря на имеющиеся проблемы с производительностью, опыт работы с решением srsLTE следует считать удачным так как была проверена возможность работы с коммерческим оборудованием и даже при указанных выше проблемах с производительность аппаратной платформы система работала корректно.  В дальнейшем стоит рассмотреть возможности работы данного программно-аппаратного комплекса на каналах с шириной менее 5MHz, а также при работе с NB-IOT. В случае работы с более узким каналом даже имеющихся аппаратных возможностей может оказаться вполне достаточно для решения поставленной технической задачи, эмуляции работы в режиме БС или UE.